Gefahr durch die Sonne?

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1 Hauptabteilung IV Branddirektion Abteilung Aus- und Fortbildung Gefahr durch die Sonne? Photovoltaikanlagen und deren Gefahren für Einsatzkräfte Horst Thiem Brandamtsrat BF München Erstellt von Dipl.-Ing. Josef Huber Brandrat. BF München

2 Übersicht Geschichte und Allgemeines zu Photovoltaikanlagen Komponenten und Aufbau der Anlagen Probleme und Gefahren für Einsatzkräfte Informationen für Einsatzkräfte und Kennzeichnung von Anlagen Beschäumungsversuch der BF München Ziele und Wünsche für die Sicherheit der Feuerwehr Vorgehensweise beim Einsatz (Info-Blatt)

3 Geschichte der Photovoltaik Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie (kurzwelligem Licht) in elektrische Energie und ist seit 1958, zunächst in Satelliten, im Einsatz Der photoelektrische Effekt wurde bereits 1839 von Alexandre Becquerel entdeckt Beginn der Entwicklung durch Nachfragen aus der Raumfahrt in den 60er und 70er Jahren Nachweis durch Einstein 1905, wofür er den Nobelpreis 1921 erhielt

4 Entwicklung der letzten Jahre

5 Unterschied PV- und Solaranlage Solaranlage: Warmwassergewinnung PV-Anlage: Erzeugung von elektrischer Energie netzgekoppelte PV-Anlagen (direkte Einspeisung des erzeugten Stromes in die Netze der Stromversorger) netzferne PV-Anlagen (Inselbetrieb). Sie arbeiten mit Akkumulatoren und werden in abgelegenen Gebieten eingesetzt

6 Montagearten Aufdachanlagen Dachintegrierte Anlagen Flachdachanlagen Fassadenanlagen Freilandanlagen (Kraftwerkbau) Lärmschutzwände

7 Komponenten einer PV-Anlage Module Wechselrichter Netzanschluss Betriebsüberwachung

8 Aufbau der Module Bestandteile der PV-Module: Glas, Silizium, Kupfer-Indium-Diselenid (CIS), Cadmium- Tellurid (Cd-Te), Metalle, Gießharz, Ethylen, Vinyl Acetat, Silikon, versch. Kunststoffe, Folienverbünde, Metallrahmen zur Stabilität und zum Schutz der Glaskanten Wirkungsgrad: Ertrag: 11-18% des eingestrahlten Sonnenlichts Klassifizierung nach DIN 4102, DIN EN : ältere Modelle nicht geprüft ; neuere Module sind in Baustoffklasse B2 eingeteilt (z.b. Shell Powermax,...) teilweise als harte Bedachung eingestuft

9 Aufgaben eines Wechselrichters Umwandlung der entstandenen Gleichspannung (DC) in Wechselspannung (AC) Übergabe AC-Stromes über den Einspeisezähler in das öffentliche Stromnetz (Netzeinspeisung) Steuerung (selbsttätiges Ein- und Ausschalten) und Ermittlung des optimalen Arbeitspunktes der PV- Module Überwachung bei Störungen (z. B. Ausfall des öffentlichen Stromnetzes und sekundenschnelle Abschaltung)

10 Aufbau einer PV-Anlage/Netzanschluss PV-Generator Spannung auf der DC Seite: derzeit bis 1000 Volt; Systemspannungen bis 1500V sind geplant Strom: mehrere Ampere Modulanschlussleitung (Gleichstromverkabelung) DC -Trennschalter (Pflicht seit 2006) = ~ Wechselrichter AC - Sicherung Leistung: im Kilowattbereich (kw) EFH 1-5 kw oder Megawattbereich (MW) Kraftwerke Nach VDE 0100 Teil 410 ist die Berührungsspannung bei (DC) Gleichspannung mit mehr als 120 V lebensgefährlich Zählerschrank mit Einspeise- und Bezugszähler, Stromkreisverteilung und Hausanschluss

11 Gefahren für die Feuerwehreinsatzkräfte Beim Brandeinsatz: Gefahr durch toxische Gase Gefahr durch herabfallende Teile Brandausbreitung unterhalb der PV-Anlage Beim Brandeinsatz und Wasserschaden: Gefahr durch elektrischen Schlag

12 Gefahren durch toxische Gase Gefahren durch toxische Gase: größtenteils Verbrennungsprodukte, wie bei einem Zimmerbrand Gefährdungspotenzial wie bei Hausbränden Ausbreitung über Lüftungsanlagen Maßnahmen Umluftunabhängigen Atemschutz einsetzen Lüftungsanlagen abschalten Betroffene Bereiche räumen

13 Gefahr durch herabfallende Teile Gefahren: keine Angaben über die Feuerwiderstandsdauer keine Aussage über die daraus resultierende Gefährdung Verbundglas kann durch Erhitzen bersten und Splitter meterweit fliegen bisher kein Absturz ganzer Modulflächen, jedoch Abrutschen von geklemmten Modulen möglich ansonsten, wie bei einem Gebäudebrand Maßnahmen erhöhte Dachlast beachten Trümmerschatten berücksichtigen Gefahrenbereich absperren

14 Brandausbreitung unter der PV-Anlage Brandweiterleitung unterhalb der PV-Anlage Brandausbreitung durch brennbare Materialien in den Modulen Unzugänglichkeit zur Brandstelle Die Brandstelle ist durch den Überbau von Modulen nicht zugänglich Kaminwirkung unter der Modulfläche Dachintegrierte Systeme Fassadensysteme

15 Gefahr durch elektrischen Schlag Gefahren: Leitungen vom Modul zum Wechselrichter lassen sich nie komplett stromlos schalten durch hohe Gleichspannung Gefahr eines Lichtbogens (Brandausbreitung, -entstehung) Gefährdung durch herabhängende, unisolierte Kabel (Spannungen >120 V) Neuanlagen mit Erdpotential Maßnahmen: Die Zerstörung des PV-Moduls beseitigt die Gefahr nicht; frei liegende elektrische Leiter mit unbekannter Spannung! Anlage Lastfrei schalten (DC-Trennschalter, AC-Sicherungen) Trennung der Module nur durch Elektrofachpersonal!! Keine Anschlusskästen öffnen!! Lichtbogengefahr!! Sicherheitsabstände beim Löschangriff nach VDE 0132 einhalten (Niederspannung: 1m / 5m; Hochspannung: 5m / 10m)

16 Strahlrohrabstand (DIN CM) Strahlrohr DIN CM Sprühstrahl Vollstrahl Niederspannung(N) AC 1,0 kv DC 1,5 kv 1 m 5 m Hochspannung (H) > AC 1,0 kv > DC 1,5 kv 5 m 10 m Kurzzeichen N-1-5 H-5-10 Quelle: VDE 0132 Brandbekämpfung an elektrischen Anlagen

17 Informationen für die Einsatzkräfte Kenntnis über Vorhandensein von PV-Anlagen; Hinweise in Alarmschreiben und Feuerwehrpläne einfügen: Achtung PV-Anlage (Tabellen der Netzbetreiber verwenden) Kenntnisse über Aufbau und der Anlagentechnik (Trennschalter, Wechselrichter, Übergabestation,...) Feuerwehrpläne für große Anlagen / Ansprechpartner Anschlusskabel an Versorgungsnetze sind Privateigentum (d.h. sie fallen nicht in die Zuständigkeit der Energieversorger) Kennzeichnungen beachten, sofern vorhanden Grundsätzliche Annahme: Anlage führt Spannung!

18 Beschilderung Dieses Hinweisschild wurde vom Arbeitskreis der Deutschen Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE, der sich mit der Thematik Photovoltaikanlagen befasst, zur Kennzeichnung von PV- Anlagen beschlossen. Empfohlen, zur Anbringung an Stromkreisverteilern und/oder Schalt- oder Zählerschränken. In Bayern wird die Umsetzung mit freundlicher Unterstützung der Versicherungskammer Bayern und eines Energieversorgers bereits durchgeführt.

19 Anbringen des Hinweisschildes PV-Generator Modulanschlussleitung (Gleichstromverkabelung) DC -Trennschalter (Pflicht seit 2006) = AC - Sicherung ~ Wechselrichter Zählerschrank mit Einspeise- und Bezugszähler, Stromkreisverteilung und Hausanschluss

20 Versuche zum Spannungsfreischalten im Einsatzfall Versuche der BF Hamburg Abdecken mit Folien Fazit: Ein Abdecken mit Folien oder Einschäumen der Module auf Dächern ist in der Regel nicht praktikabel bzw. zielführend, aber u.u. bei Freilandanlagen sinnvoll und möglich Versuche der BF München Abdecken mit Schaum

21 Versuchsaufbau ein PV-Modul mit Markierungen Voltmeter Vorrichtung zum Einstellen verschiedener Anstellwinkel (5, 30, 60 )

22 Versuchsverlauf Einschäumen der PV-Module mit Schwerschaum (Mehrbereichschaum) Mittelschaum (Mehrbereichschaum) CAFS (Class A-Foam) Messen des Spannungsabfalls und der Dicke des Schaumteppichs

23 Ergebnisse bei 60 Neigung prozentuale Spannung über offener Fläche 100% 90% Spannung in Prozent 80% 70% 60% 50% Schwerschaum Mittelschaum 40% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% schaumfrei Fläche in Prozent CAFS

24 Zusammenfassung Bestes Ergebnis: CAFS bei 60 Neigung Spannungsreduktion auf 47% maximale Zeitdauer bis Spannung wieder 100% erreicht: max. 5 Minuten Fazit: als Möglichkeit zur Freischaltung von PV- Anlagen nicht geeignet

25 Geschlossene Dachfläche

26 Bauliche Lösung

27 Ziele und Wünsche Kennzeichnung von Anlagen und Leitungswegen Abschaltmöglichkeiten schaffen - Intelligente Module Koppelung mit Brandmeldeanlagen? Bauordnung, VdS -Richtlinien,... Beachten Über Brandwände dürfen keine brennbaren Stoffe hinweggeführt werden (Quelle: Bayerische Bauordnung) Anlagenflächen auf Dächern unterteilen, dabei Brandabschnitte beachten (s.o. Brandwände )

28 Ziele und Wünsche Auf dem Dach Flächen für die Einsatzkräfte der Feuerwehr schaffen, um Arbeiten zu ermöglichen Einwandfreie Ausführung der Anlagen (Klemmen fest anziehen, Wechselrichter auf nichtbrennbaren Baustoffen montieren, Öffnungen in Brandwänden vorschriftsmäßig verschließen,...) Blitzschutz nach den gültigen Normen

29 Sicherheitselement 1

30 Sicherheitselement 2

31 Feuerwehrschalter für PV-Anlagen Der Feuerwehrschalter wird einfach in die Gleichstromleitung zwischen Solarmodul und Wechselrichter eingefügt Anbringung in unmittelbarer Modulnähe DC/AC DC/AC DC/AC Feuerwehrschalter werden z.b. manuell vor Ort oder mittels Arbeitsstrom- oder Unterspannungsauslöser,... aus der Ferne betätigt

32 Vorgehen im Einsatzfall PV-Anlage vorhanden? ja Anlagenbauteile unversehrt? ja Keine Gefahr durch PV-Anlage nein AC -Sicherungen ausschalten DC - Trennstelle vorhanden? ja DC - Trennstelle zugänglich? ja DC - Trennstelle ausschalten nein nein Kabel und Bauteile der PV-Anlage führen bis zum Wechselrichter bei Lichteinfall ständig elektrische Spannung. Beim Vorgehen ist besondere Vorsicht erforderlich! Überflutete Bereiche nicht betreten! Kabel und Bauteile der PV-Anlage führen bis zur DC-Trennstelle bei Lichteinfall ständig elektrische Spannung. Beim Vorgehen ist besondere Vorsicht erforderlich! Überflutete Bereiche nicht betreten!

33 Informationsbroschüre Präsentation und Infoflyer Photovoltaik unter im Bereich und Gefahr im Feuerwehreinsatz Ausbildung / Download Merkblatt für die Feuerwehren Bayerns 5.07 Fotovoltaikanlagen Staatliche Feuerwehrschule Würzburg weitere Veröffentlichungen: brandwacht 5/04 und 2/05; brandwacht Winterschulung 2004/20005 brandschutz 2/06

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